Technik
ZF-Mediagetriebe
24.07.2012 - 01:00

ZF – Mediagetriebe
Lamellenkupplungsgetriebe für den Heckomnibus MKH 2


MAN MKH 2 – 1958

(1) Einführung

Solange Kraftfahrzeug-Getriebe gebaut werden, stand das Problem ihrer automatischen Schaltung oder zumindest der Schalterleichterung mit an erster Stelle. Unzählige Vorschläge zur Lösung sind in der Patentliteratur aller Industrieländer niedergelegt. Nur wenige Konstruktionen haben sich auch hinsichtlich des Kostenaufwandes als wirklich brauchbar erwiesen und sind in die Reihenfertigung der großen Kraftfahrzeugfabriken eingegangen.

Die in Deutschland von Professor F ö t t i n g e r erfundene Strömungskupplung und der aus ihr entwickelte Drehmomentenwandler wurden in den USA als Kraftfahrzeug-Getriebe zu hoher Vollkommenheit und Betriebssicherheit gebracht. Daß es gerade Amerika war, welches als Schrittmacher für diese deutsche Erfindung wirkte, mag - neben dem hohen Stand der Motorisierung - auch dadurch zu erklären sein, daß der geringere Wirkungsgrad einer hydraulischen Kraftübertragung bei den starken amerikanischen Antriebsmotoren nicht so entscheidend ins Gewicht fällt, wie bei den auf höchste Ökonomie ausgelegten europäischen Verbrennungskraftmaschinen. In Deutschland hat sich bisher im Kraftfahrzeugbau der hydraulische Drehmomentenwandler noch nicht, die Strömungskupplung nur in begrenztem Maße durchzusetzen vermocht. Als Gründe hierfür können angeführt werden:

a) der gegenüber Zahnradwechselgetrieben kleinere Wirkungsgrad,
b) die hohen Kosten derartiger Getriebe,
c) die hohe Störanfälligkeit solcher Drehmomentenwandler, die für die Instandsetzung Sondererfahrungen und Sonderausrüstungen voraussetzen.
d) Auch das vollautomatische Getriebe benötigt vier verschiedene Stellungen des Steuerhebels; eine wirkliche Vollautomatik ist bei diesem Getriebe noch nicht erreicht.
e) Die oftmals - z. B. beim Überholen - gewünschte willkürliche Beeinflussung durch den Fahrer ist nicht möglich.

Der Nutzkraftwagenbau braucht ein vielstufiges Getriebe mit hohem Wirkungsgrad, um wirtschaftlich fahren zu können.

In Beachtung dieser Forderung und der Nachteile eines hydraulischen Drehmomentenwandlers war bisher in Deutschland das Allklauen-Leichtschaltgetriebe für den Nutzkraftwagen der letzte Stand der technischen Entwicklung.

Wie hoch der körperliche Aufwand des Fahrers trotz der durch dieses Getriebe gegebenen Schalterleichterung noch ist, mag daraus hervorgehen, daß z.B. beim 8stündigen Einsatz eines Linienomnibusses im Stadtverkehr etwa 2500 Gangwechsel im Getriebe erforderlich sind.

2) ZF-Lamellenkupplungsgetriebe (Mediagetriebe)

Das Media-Getriebe (Abb. 1, 2, 4) ist ein Zahnradwechselgetriebe mit ständig im Eingriff stehenden schrägverzahnten Zahnrädern; jeder einzelne Gang wird durch zwei Lamellenkupplungen zum Kraftschluß gebracht.

Die Vorteile dieser Anordnung sind folgende:

a) Der Wirkungsgrad ist der gleiche wie bei anderen Zahnrad-Wechselgetrieben und beträgt etwa 97% je Zahneingriff.

b) Die Übertragung des Antriebsdrehmoments wird durch Kraftschluß der Kupplungslamellen bewirkt.

c) Die Schaltung der einzelnen Gänge erfolgt mittels eines kleinen Steuerhebels unter dem Lenkrad über einen Druckluft-Schaltapparat völlig stoßfrei und geräuschlos.

d) Die Betätigung einer eigenen Kupplung ist außer zum Anfahren nicht mehr erforderlich, die Stellung des Fahrfußhebels ist für den Schaltvorgang ohne Bedeutung und das Schalten kann nach Belieben schnell oder langsam erfolgen.

e) Durch die sehr kurzen Schaltzeiten wird die Beschleunigungsfähigkeit des Fahrzeugs erhöht.

f) Das Getriebe benötigt keine besondere Kühlung; die Wartung erstreckt sich - so wie bisher - auf die periodische Ölstandskontrolle.


Allgemeiner Aufbau des Mediagetriebes (Abb. 1 bis 5)

Abbildung 1 zeigt eine Ansicht des Getriebes, Abbildung 2 die Schaltwalze und das angebaute Schaltgerät, Abbildung 3 ein Schema des Getriebes mit Übersetzungen und Gangschaltbildern, Abbildung 4 einen Vertikalschnitt durch das Getriebe und Abbildung 5 einen Phantomschnitt durch eine Lamellenkupplung.

Das Getriebe besteht aus je einem Zahnradpaar für die beiden Vorgelegewellen und 4 Zahnradpaaren für die einzelnen Gänge. Auf jeder Getriebewelle sind 2 Schaltkupplungen angeordnet, insgesamt 5 Lamellenkupplungen K 1 bis K 5 und eine doppelseitige Klauenkupplung K 6. Wie aus dem Schema der Abbildung 3 hervorgeht, sind für das Schalten des 3. bis 6. Vorwärtsganges und des Rückwärtsganges jeweils 2 Kupplungen, für die Schaltung des 1. und 2. Ganges jeweils 3 Kupplungen einzurücken.

Die Klauenkupplung K 6 hat 3 Schaltstellungen, die vor Inbetriebsetzung des Fahrzeugs über einen Gruppenhebel an der Spritzwand geschaltet werden, und zwar:

vorwärts, Gang 1-6, K 1 ist nach links eingerückt (Abb. 3)
vorwärts, Gang 3-6, K 6 ist ausgerückt
rückwärts, K 6 ist nach rechts eingerückt.

Beim Einschalten des 1. Ganges z. B. wird die Klauenkupplung K 6 zunächst mit dem linken Klauenkranz in Eingriff gebracht und die Kupplungen K 2 und K 5 eingerückt.




Der Kraftfluß geht somit von der Antriebsseite a über die obere Vorgelegewelle nach Kupplung K 2, über das folgende Räderpaar wieder auf die Hauptwelle, das etwas zurückliegende Räderpaar auf die linke Hälfte der Klauenkupplung und über die untere Vorgelegewelle, die Lamellenkupplung K 5 und das folgende Räderpaar auf die Abtriebsseite der Getriebehauptwelle.

Die Schaltung der einzelnen Gänge erfolgt von einer Schaltwalze aus (Abb. 2 und 5), in welcher 5 Steuerkurven eingefräst sind, die die Rollen der Schalthebel 14 (Abb. 5) führen und über die Schaltgabeln 15 (Abb. 5) die Schaltmuffen 17 betätigen. Der Schaltwalzenweg für das Schalten eines Ganges beträgt 60°, aller 6 Vorwärtsgänge also 360°. Der Rückwärtsgang wird über die Klauenkupplung K 6 - Stellung nach rechts - über ein Zwischenrad geschaltet, und zwar in der Vorwärtsstellung 1 oder 2 der Schaltwalze.

Der technische Fortschritt des Lamellenkupplungsgetriebes gegenüber den bisherigen Ausführungen von Zahnradwechselgetrieben besteht in der Anordnung der Lamellenkupplungen und ihrer Betätigung durch die Schaltwalze.

Beschreibung der Lamellenkupplung K 1 bis K 5 (Abb. 5)

Die Lamellenkupplung besteht aus:

a) einer Kupplungsglocke (7), mit welcher das anliegende Zahnrad über eine Keilverzahnung (2) fest verbunden ist,

b) einem Kupplungskörper (8), der auf dem Keilprofil der Antriebswelle längsverschiebbar ist und dessen Weg durch 2 Seegerringe begrenzt ist,

c) den aus Stahl bestehenden Kupplungslamellen, deren jede zweite (10) in Ausnehmungen der Kupplungsglocke (7) und die dazwischenliegenden Lamellen durch die Außenverzahnung des Kupplungskörpers (8) mitgenommen werden,

d) 5 in der Antriebswelle drehbar gelagerten ungleicharmigen Einrückhebeln (16), deren längere Enden Rollen tragen,

e) den beiden Deckeln (9) und (12) für das Kupplungslamellenpaket,

f) den im Kupplungskörper (8) gelagerten Kupplungsfedern (4) und

g) der Schaltmuffe (17), welche sich auf der Keilverzahnung der Antriebswelle längsverschieben läßt.





Wirkungsweise der Lamellenkupplung (Abb. 5)

Wird die Schaltmuffe (17) über eine Einrückgabel (15) von der Schaltwalze her gemäß Abb. 5 z.B. nach rechts verschoben, so werden die Einrückhebel (16) - deren längeres Ende als Biegefeder ausgebildet ist - über ihre auf der konischen Innenseite der Schaltmuffe (17) ablaufenden Rollen nach der Wellenmitte hin gedrückt, wobei ihre kurzen Enden auf den linken Kupplungsdeckel (9) drücken und damit das Lamellenpaket (10 u. 11) zum Kraftschluß bringen.

Die beiden Kupplungsdeckel und das Lamellenpaket werden sodann unter Überwindung der Federkraft von (4) bis gegen den am Kupplungskörper sitzenden Seegerring gedrückt.

Das Lösen der Kupplung erfolgt durch Linksverschieben der Schaltmuffe über die durch die Kurve der Schaltwalze gesteuerten Schalthebel, wodurch die Rollen der doppelarmigen Hebel (16) ausrasten und die Kupplungsfedern den Kupplungskörper in die Nullage zurückdrücken. Der Kraftschluß zwischen den beiden Lamellenpaketen (10) und (11) ist aufgehoben.

3) Druckluftbetätigtes Schaltwerk – Beschreibung

Die Schaltung des Media-Getriebes im M-A-N-Heckomnibus erfolgt über einen druckluftbetätigten Schaltapparat (Abb. 6, 7 und 8).

Die pneumatische Fernschaltung wurde gewählt, weil:

a) gegenüber dem elektrischen Schaltgerät ein leichteres und stoßfreieres Schalten möglich ist,

b) die im Fahrzeug vorhandene Druckluft einen einfachen Aufbau des Schaltgerätes zuläßt,

c) Störungen an Drucklufteinrichtungen erfahrungsgemäß leichter behoben werden können, als an elektrischen Steuergeräten.

Abbildung 7 zeigt den schematischen Aufbau des Schaltwerkes, Abbildung 6 den Schnitt durch die beiden Schaltzylinder für das Aufwärts- und Abwärtsschalten.

Die Aufgabe des Schaltgerätes ist es, die Schaltwalze des Getriebes um einen Winkel von insgesamt 360°, in einzelnen Stufen von 60° - den 6 Gängen entsprechend - mit dem Uhrzeigersinn und entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn zu drehen. Weiterhin muß die Schaltwalze aus jeder Stellung in die 0-Lage gebracht werden können. Für diese dreifache Aufgabe stehen 3 Schaltzylinder zur Verfügung:

1 Schaltzylinder für das Aufwärtsschalten Drehung der Schaltwalze im Uhrzeigersinn - (3 in Abb. 6)
1 Schaltzylinder für das Abwärtsschalten Drehung der Schaltwalze entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn (1 in Abb. 6)
1 Schaltzylinder für das Rückdrehen der Schaltwalze in die Leerlaufstellung des Getriebes.

Jeder Schaltzylinder enthält einen mittels Druckluft beaufschlagten Kolben. Beim Aufwärts- und Abwärtszylinder betätigt dieser Kolben (4) über eine Kolbenstange (5) und Schaltklinke (10) ein auf die Schaltwalzenwelle aufgekeiltes Klinkenrad (16) bzw. (17) im bzw. entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn. Bei jedem Schaltvorgang wird die Schaltwalze um einen Winkel von 60° weitergedreht, was durch besondere einstellbare Anschläge erreicht wird.

Die Schaltkolben bewegen sich nach durchgeführtem Schaltvorgang unter dem Druck der Feder (7) in ihre Ausgangslage zurück, nachdem die Schaltzylinder vorher entlüftet wurden.


Der Schaltzylinder für die Rückstellung der Schaltwalze auf Leerlauf (10 in Abb. 7) übt diese Funktion über eine Zahnstange und ein auf der Schaltwalzenwelle befestigtes Ritzel aus.

Beim Aufwärts- oder Abwärtsschalten durch die beiden anderen Schaltzylinder wird die Zahnstange dieses Zylinders im Leerlauf von der Schaltwalzenwelle mitgenommen. Soll nun aus einer beliebigen Stellung auf Leerlauf des Getriebes geschaltet werden, drückt der mittels Druckluft beaufschlagte Kolben die Zahnstange gegen einen Anschlag und bewirkt so durch Drehung des Ritzels die Einstellung der Leerlauflage.

Dämpfungseinrichtung

Um weiches, stoßfreies Schalten sicherzustellen, ist in das Schaltgerät eine Öldämpfung eingebaut, welche die Drehung der Schaltwalze beim Einrücken einer Lamellenkupplung verlangsamt (Abb. 8). Bei eingerückter Lamellenkupplung steht die auf der Schaltwalzenwelle aufgekeilte Sechskantnocke (18) (Abb. 8 1) in der gezeichneten Stellung. Wird ein Gang geschaltet - somit die Sechskantnocke verdreht - wird Nocke (21) unter dem Druck der Feder (11) angehoben, Kolben (8) saugt Öl über das Ventil (7) in den Zylinder, und zwar solange, bis Nocke (21) in der Mitte der betreffenden Sechskantseite angekommen ist (Abb. 8 II).

Von hier ab wird Nocke (21) durch den sich drehenden Sechskant (18) niedergedrückt. Diese Bewegung wird über den Winkelhebel (25) auf Kolben (8) übertragen, welcher sich nunmehr nach links bewegt und das Öl aus dem Zylinder über die Drosselbohrung des Zylinders (3) in den Vorratsraum drückt und auf diese Weise die Drehung der Schaltwalze - und damit das Einrücken der Lamellenkupplung verzögert ablaufen läßt.

Steuerung des Schaltgerätes

Die 3 Schaltzylinder werden über 3 Druckluftsteuerventile betätigt, die an der Lenksäule angebracht sind (Abb.7 u. 9). Der am Lenkrad befestigte Steuerhebel (Handhebel 7) öffnet durch Vorwärtsdrücken das Aufwärtsschaltventil (1), beim Ziehen nach rückwärts das Abwärtsschaltventil (2). Bei jeder so erfolgenden Betätigung des Steuerhebels wird auf das Schaltgerät über die Steuerventile ein Druckluftimpuls gegeben, welcher die Drehung der Schaltwalze um 60° und damit das Einrücken des betreffenden Getriebeganges bewirkt.


Das Steuerventil (3) für das Schalten auf Leerlauf sitzt unterhalb der beiden anderen Ventile und wird betätigt, wenn der Steuerhebel in Richtung der Lenksäule nach aufwärts bewegt wird. Abb. 12 zeigt die Verbindung dieser Steuerventile mit der Druckluftanlage des Fahrzeugs.

4) Antrieb des Lüfters für die Motorkühlung

Der Lüfter für die Motorkühlung befindet sich hinter dem Kühlerblock an der Stirnseite des Fahrzeugs. Er wird vom Getriebe aus über eine Gelenkwelle angetrieben und ist zum Abschalten eingerichtet.

Da der Lüfter erfahrungsgemäß bei vollbesetztem Fahrzeug nur auf Steigungen benötigt wird, die über 5% liegen, kommt der Leistungsbedarf desselben von etwa 6 PS beim Fahren in der Ebene der Beschleunigungsleistung des Fahrzeugs zugute.

Der Lüfter wird von der ständig umlaufenden Vorgelegewelle (15) des Mediagetriebes aus über eine eigene Welle (10) angetrieben (Abb. 4), auf welcher sich die Reibungskupplung (11) befindet, deren Abtriebshälfte fest mit einem auf der Lüfterwelle gelagerten Zahnrad verbunden ist. Von diesem Zahnrad aus erfolgt der Antrieb der Gelenkwelle für den Lüfter über ein seitlich angebrachtes Zahnradvorgelege.

Die Reibungskupplung wird durch einen Druckluftschalter betätigt, der über einen Druckknopf vom Armaturenbrett aus zur Wirkung gebracht wird.

Je 1 Kontrollampe zeigen die obere und untere Sollgrenze der Kühlwassertemperatur an; beim Aufleuchten der roten Lampe ist der Lüfter einzuschalten, beim Aufleuchten der grünen Lampe abzuschalten.

5) MAN-Heckomnibus mit ZF-Mediagetriebe

Das Mediagetriebe wird in den M-A-N-Heckomnibus zusammen mit einer Hauptkupplung zwischen Motor und Getriebe eingebaut. Zweck dieser Hauptkupplung ist, die Lamellenkupplungen des Getriebes beim Anfahren zu schonen.

Es kann eine Reibungskupplung oder auf Wunsch eine Turbokupplung zum Einbau kommen. Letztere hat den Vorteil, daß die Kupplungsbetätigung auch beim Anfahren fortfällt und nur mehr der Fahrfußhebel und der Handhebel für die Getriebefernschaltung zu bedienen sind.

Durch die Vereinigung von Turbokupplung mit Mediagetriebe wird der M-A-N-Heckomnibus zum idealen Fahrzeug für den großstädtischen Linienverkehr; die Entlastung des Fahrers von dem körperlichen Aufwand der Kupplungs- und Schaltarbeit ist praktisch vollkommen.

Diese Fahrzeuge sind nach unserer Auffassung den amerikanischen Omnibussen mit vollautomatischen Getrieben durchaus gleichwertig, wobei der höhere Wirkungsgrad des Getriebes, der wesentlich geringere Brennstoffverbrauch und die willkürliche Beeinflussung der Gangwahl noch als Pluspunkt zu werten sind.






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Fotos und Text:
MAN-Diesel, Nr. 1 - Sonderheft 1958


admin


gedruckt am 07.05.2021 - 21:39
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